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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, welche einen derartigen Gasinjektor umfasst.
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Neben flüssigen Kraftstoffen werden im Kraftfahrzeugbereich in jüngster Zeit verstärkt auch gasförmige Kraftstoffe, wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff, verwendet. Bei bekannten direkteinblasenden Gasinjektoren und Injektoren für die Saugrohreinblasung, insbesondere mit kompakter Bauweise, liegt ein Problemkreis darin, dass eine einzublasende Kraftstoffmenge aufgrund geringem zur Verfügung stehenden Bauraum limitiert wird. Insbesondere die strömungsführenden Querschnitte im Inneren solcher kompakten Gasinjektoren bewirken einen komplexen Einfluss auf die Drosselwirkung des Gasinjektors und somit auf die einzublasende Gasmenge.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Gasinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bietet demgegenüber den Vorteil einer strömungsoptimierten Geometrie, welche einen hohen Durchfluss, insbesondere bei besonders kompakter Konstruktion des Gasinjektors, erlaubt. Dies wird erreicht durch einen Gasinjektor umfassend ein Ventilschließelement, eine Ventilnadel, einen Magnetanker zur Betätigung der Ventilnadel, und eine Ventilhülse. Bei dem Gasinjektor handelt es sich vorzugsweise um einen Gasinjektor, welcher eingerichtet ist, den gasförmigen Kraftstoff direkt in einen Brennraum oder in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine einzublasen. Das Ventilschließelement ist eingerichtet zum Freigeben oder Verschließen einer Einblasöffnung an einem Ventilsitz. Besonders bevorzugt ist das Ventilschließelement kreisringförmig ausgebildet. Die Einblasöffnung ist vorzugsweise als Ringspalt ausgebildet. Die Ventilnadel ist eingerichtet, das Ventilschließelement zu betätigen. Vorzugsweise ist das Ventilschließelement mit der Ventilnadel verbunden, besonders bevorzugt ist das Ventilschließelement an einem axialen Ende der Ventilnadel angeordnet.
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Der Magnetanker ist insbesondere Teil einer Betätigungseinrichtung, welche mittels elektrischem Strom einen Hub des Magnetankers bewirken kann. Insbesondere führt der Hub des Magnetankers zu einem Hub der Ventilnadel in axialer Richtung, wodurch das Ventilschließelement vom Ventilsitz wegbewegt werden kann, um die Einblasöffnung freizugeben. Bevorzugt wird das Ventilschließelement zum Öffnen der Einblasöffnung entgegengesetzt zu einer Durchströmungsrichtung, insbesondere weg vom Brennraum, bewegt. Vorzugsweise erfolgt eine Rückstellung des Magnetankers mittels einer Federkraft, wodurch das Ventilschließelement wieder an den Ventilsitz angelegt werden kann. Insbesondere kann das Ventilschließelement einen Dichtring aus einem Elastomer aufweisen, welcher gegen den Dichtsitz anlegbar ist, um eine besonders gute Dichtung zu erhalten.
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Der Magnetanker weist eine Anker-Durchgangsöffnung auf, durch welche der gasförmige Kraftstoff in die Ventilhülse strömen kann. Die Anker-Durchgangsöffnung weitet sich dabei in Durchströmungsrichtung auf. Insbesondere weitet sich die Anker-Durchgangsöffnung hierbei in Richtung der Ventilnadel auf. Vorzugsweise bildet die Anker-Durchgangsöffnung einen Diffusor. Wenn der gasförmige Kraftstoff den Magnetanker durchströmt, wird die Strömung durch die Aufweitung der Anker-Durchgangsöffnung verzögert. Das heißt, eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Kraftstoff-Strömung verringert sich durch die sich aufweitende Anker-Durchgangsöffnung. Diese verringerte mittlere Strömungsgeschwindigkeit führt dazu, dass auf Wandreibung basierende ventilinterne Druckverluste stromab des Magnetankers verringert werden. Hierdurch kann ein besonders hoher Durchfluss durch den Gasinjektor erzielt werden. Insbesondere kann somit auch bei kleinen äußeren Abmessungen des Gasinjektors ein hoher Durchfluss an gasförmigen Kraftstoff durch den Gasinjektor bereitgestellt werden.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Bevorzugt ist die Anker-Durchgangsöffnung konisch ausgebildet. Vorzugsweise weist die Anker-Durchgangsöffnung dabei einen Öffnungswinkel von maximal 20°, vorzugsweise mindestens 3°, besonders bevorzugt von 8°, auf. Als Öffnungswinkel wird dabei ein Winkel angesehen, welcher dem doppelten Kegelwinkel der konischen Fläche der Anker-Durchgangsöffnung entspricht. Vorzugsweise ist der Öffnungswinkel dabei so gewählt, dass eine Strömungsablösung beim Durchströmen der Anker-Durchgangsöffnung aufgrund einer zu starken Verzögerung vermieden wird. Dies ist insbesondere der Fall bei einem Öffnungswinkel von maximal 8°. Ferner ist es besonders günstig, wenn eine axiale Länge des Magnetankers möglichst klein ist, um einerseits einen Magnetanker mit geringer Größe und andererseits eine geringe absolute Wandreibung innerhalb des Magnetankers zu erhalten. Insbesondere ergibt sich somit ein Optimum hinsichtlich geringem Druckverlust und somit möglichst hohem Durchfluss bei einem Öffnungswinkel von 8°.
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Besonders bevorzugt ist die Ventilnadel hohl, insbesondere als dünnwandige Hülse, ausgebildet. Vorzugsweise ist die Ventilnadel dabei in Form eines Hohlzylinders ausgebildet. Insbesondere weist die Ventilnadel somit einen inneren Hohlraum auf.
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Vorzugsweise mündet die Anker-Durchgangsöffnung in den, insbesondere inneren, Hohlraum der Ventilnadel. Der gasförmige Kraftstoff tritt somit beim Betrieb des Gasinjektors nach dem Durchströmen des Magnetankers zunächst in den Hohlraum der Ventilnadel ein. Beispielsweise kann die Ventilnadel dabei auf einen Außenumfang des Magnetankers aufgeschoben sein, und insbesondere mit einer Schweißverbindung mit diesem verbunden sein, um eine besonders einfache Konstruktion des Gasinjektors zu erhalten.
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Besonders bevorzugt liegt eine Außenseite der Ventilnadel an einer Innenseite der Ventilhülse an. Das heißt, zwischen der Ventilnadel und der umgebenden Ventilhülse befindet sich kein Spalt, sodass der gesamte einzublasende gasförmige Kraftstoff zumindest einen Teil der Ventilnadel durchströmen muss.
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Vorzugsweise entspricht ein Außendurchmesser der Ventilnadel dabei einem Innendurchmesser der Ventilhülse. In diesem Fall kann ein Innendurchmesser der Ventilnadel maximal vergrößert sein. Dadurch wird eine gesamte Wandfläche innerhalb des Gasinjektors, an welcher der gasförmige Kraftstoff entlangströmt minimal gehalten. Hierdurch wird ermöglicht, die Strömungsgeschwindigkeit und den Druckverlust innerhalb der Ventilnadel zu minimieren.
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Vorzugsweise ist ein Außendurchmesser der Ventilnadel kleiner als ein Innendurchmesser der Ventilhülse. Dadurch liegt ein Ringkanal zwischen Ventilnadel und Ventilhülse vor. Vorzugsweise kann der gasförmige Kraftstoff dabei sowohl außerhalb als auch innerhalb der Ventilnadel in axialer Richtung zum Ventilsitz strömen. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Ringkanal dabei bis zum Ventilschließelement. Insbesondere kann die Strömung dabei mit besonders wenigen Strömungsumlenkungen zum Ventilsitz geführt werden, um einen besonders niedrigen Druckverlust zu erhalten.
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Bevorzugt ist eine Querschnittsfläche des Ringkanals in etwa gleich einer Querschnittsfläche des inneren Hohlraums der Ventilnadel. Die beiden Querschnittsflächen werden dabei jeweils bezüglich eines Strömungsquerschnitts, das heißt, senkrecht zur axialen Richtung der Ventilnadel, betrachtet. Als „in etwa gleich“ werden dabei Querschnittsflächen angesehen, welche um maximal 10 %, vorzugsweise maximal 5 %, voneinander abweichen. Besonders bevorzugt sind die beiden Querschnittsflächen des Ringkanals und des inneren Hohlraums der Ventilnadel exakt gleich. Dadurch wird sichergestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb und außerhalb der Ventilnadel näherungsweise gleich sind, was sich weiter günstig auswirkt, um Druckverluste beim Durchströmen des Gasinjektors zu minimieren.
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Vorzugsweise weist die Ventilnadel mehrere Queröffnungen auf, welche eine Wand der Ventilnadel radial durchdringen. Die Queröffnungen erlauben somit eine Fluidverbindung zwischen Innenseite und Außenseite der Ventilnadel. Somit kann der gasförmige Kraftstoff ausgehend von der Anker-Durchgangsöffnung in den inneren Hohlraum der Ventilnadel einströmen und von diesem durch die Queröffnungen radial nach außen, insbesondere in den Ringkanal zwischen Ventilnadel und Ventilhülse. Die Queröffnungen können dabei eine beliebige Geometrie aufweisen und beliebig über die Ventilnadel verteilt sein. Besonders bevorzugt sind die Queröffnungen als kreisrunde, die Wand der Ventilnadel durchdringende Bohrungen ausgebildet, wobei sämtliche Queröffnungen vorzugsweise einen identischen Durchmesser aufweisen. Besonders bevorzugt beträgt ein Durchmesser der Querbohrungen mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50%, insbesondere maximal 80%, eines Innendurchmessers der Ventilnadel. Alternativ können Querbohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen sein. Bevorzugt sind die Queröffnungen gleichmäßig über die Ventilnadel verteilt, insbesondere in vordefinierten, gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung. Beispielsweise können dabei jeweils Mittelpunkte einer vordefinierten Anzahl an Queröffnungen um den Umfang der Ventilnadel verteilt und in einer gemeinsamen Ebene, welche senkrecht zur Längsachse der Ventilnadel ist, angeordnet sein. Alternativ kann eine axial versetzte Anordnung der Queröffnungen vorgesehen sein.
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Weiter bevorzugt beträgt eine Gesamt-Querschnittsfläche aller Queröffnungen mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 40 %, besonders bevorzugt maximal 80 %, einer Mantelfläche der Ventilnadel. Besonders günstig ist es dabei, wenn Größe und Anzahl der Queröffnungen so weit maximiert wird, wie im Hinblick auf Festigkeit sowie Fertigung der Ventilnadel möglich ist, um eine möglichst große Durchtrittsfläche für den gasförmigen Kraftstoff bereit zu stellen. Vorteilhafterweise sind dabei möglichst wenige, möglichst große Queröffnungen vorgesehen. Das heißt, insbesondere bei vorgegebener Gesamt-Querschnittsfläche aller Queröffnungen, ist vorzugsweise ein Verhältnis aus Anzahl der Queröffnungen und Querschnittsfläche jeder Queröffnung so weit zu minimieren, wie es aus Festigkeits- und Fertigungsaspekten möglich ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die gesamte Wandfläche, an welcher der gasförmige Kraftstoff beim Ausströmen aus der Ventilnadel entlangströmt, minimal gehalten wird, um einen besonders niedrigen Druckverlust zu erhalten.
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Besonders bevorzugt umfasst der Gasinjektor ferner ein Zwischenstück, welches die Ventilnadel und das Ventilschließelement miteinander verbindet. Insbesondere ist das Zwischenstück an einem dem Magnetanker gegenüberliegenden axialen Ende der Ventilnadel angeordnet. Das Zwischenstück weist dabei zumindest eine Zwischenstück-Durchgangsöffnung auf. Die Zwischenstück-Durchgangsöffnung steht insbesondere in Fluidverbindung mit dem inneren Hohlraum der Ventilnadel, und verbindet vorzugsweise den Hohlraum der Ventilnadel mit einem radial außerhalb liegenden Gasraum, beispielsweise mit dem Ringkanal im Falle eines Ringkanals zwischen Ventilnadel und Ventilhülse. Die Zwischenstück-Durchgangsöffnung bietet dabei einen zusätzlichen Fluidaustritt aus der Ventilnadel, wodurch die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kraftstoffes weiter reduziert wird.
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Bevorzugt weist das Zwischenstück eine zentrische Axialbohrung und zumindest eine in die Axialbohrung mündete Radialbohrung auf. Hierbei bilden die Axialbohrung und die Radialbohrung die Zwischenstück-Durchgangsöffnung. Die Axialbohrung ist insbesondere als Sacklochbohrung ausgeführt und erstreckt sich von einer der Ventilnadel zugewandten Stirnseite des Zwischenstücks in axialer Richtung in das Zwischenstück hinein. Die die Axialbohrung umgebende Wand des Zwischenstücks wird in radialer Richtung durch die zumindest eine Radialbohrung durchdrungen. Dadurch kann ein Teil des gasförmigen Kraftstoffs, welcher in den Hohlraum der Ventilnadel in Durchströmungsrichtung einströmt, in die Axialbohrung einströmen und anschließend radial nach außen durch die Radialbohrung ausströmen. Dadurch wird erreicht, dass der gasförmige Kraftstoff beim Durchströmen der Ventilnadel am axialen Ende der Ventilnadel zusätzlich durch die Zwischenstück-Durchgangsöffnung ausströmen kann, wodurch ein Aufstauen der Gasströmung im inneren Hohlraum der Ventilnadel, wie dies beispielsweise bei einer geschlossenen axialen Stirnseite der Ventilnadel der Fall wäre, vermieden wird. Insbesondere im Falle einer mit Querbohrungen versehenen Ventilnadel wird dadurch erreicht, dass der gasförmige Kraftstoff gleichmäßig durch die über die Ventilnadel verteilten Querbohrungen austreten kann.
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Vorzugsweise weist das Zwischenstück einen hohlzylindrischen Bereich und einen axial an den hohlzylindrischen Bereich angrenzenden konischen Bereich auf, wobei der konische Bereich insbesondere ebenfalls hohl ausgebildet ist. Die zumindest eine Zwischenstück-Durchgangsöffnung ist dabei im konischen Bereich ausgebildet. Besonders bevorzugt sind mehrere Zwischenstück-Durchgangsöffnungen gleichmäßig um den Umfang des konischen Bereichs verteilt angeordnet. Dadurch, dass die Strömung durch die an einem Konus angeordnete zumindest eine Zwischenstück-Durchgangsöffnung austritt, erfährt diese nur eine geringe Umlenkung, insbesondere kleiner als 90°. Dadurch kann eine besonders günstige Strömungsführung erreicht werden, wodurch der Druckverlust weiter reduziert wird.
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Weiter bevorzugt beträgt ein Winkel zwischen einer Bohrungsachse der zumindest einen Zwischenstück-Durchgangsöffnung und einer Langsachse des Gasinjektors mindestens 10°, vorzugsweise maximal 80°, bevorzugt mindestens 35°, insbesondere maximal 55°, und besonders bevorzugt 45°. Vorzugsweise ist ein Winkel des konischen Bereichs des Zwischenstücks dabei so angepasst, dass die durch die zumindest eine Zwischenstück-Durchgangsöffnung hindurchtretende Gasströmung mittig auf das Ventilschließelement gerichtet ist. Das heißt, beim Austreten aus der Zwischenstück-Durchgangsöffnung trifft die Gasströmung mittig auf das Ventilschließelement, sodass der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen symmetrisch und gleichmäßig um das Ventilschließelement herum und/oder durch das Ventilschließelement hindurch zur Einblasöffnung strömen kann. Durch die spezielle Ausrichtung wird somit ein optimal ausgerichteter Strömungspfad mit möglichst wenigen und kleinen Strömungsumlenkungen erzielt, um besonders niedrige Reibungsverluste beim Durchströmen des Gasinjektors zu erhalten.
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Bevorzugt ist ein minimaler Strömungsquerschnitt, bezüglich einer Durchströmung des Gasinjektors, stromauf des Ventilsitzes größer als ein maximaler Strömungsquerschnitt im Ventilsitz. Dabei wird insbesondere der maximale Strömungsquerschnitt im Ventilsitz bei maximalem Hub der Ventilnadel, das heißt, wenn der Gasinjektor maximal geöffnet ist, betrachtet. Dadurch wird sichergestellt, dass innerhalb des Gasinjektors ein möglichst kleiner Druckverlust, insbesondere bezogen auf einen Gesamtdruckverlust beim Durchströmen des kompletten Gasinjektors, vorliegt, wodurch ein besonders hoher Durchfluss des Gasinjektors erzielt werden kann.
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Weiterhin führt die Erfindung zu einer Brennkraftmaschine, welche einen Brennraum und den obenstehend beschriebenen Gasinjektor fast. Der Gasinjektor ist insbesondere eingerichtet, gasförmigen Kraftstoff direkt in den Brennraum oder das Saugrohr der Brennkraftmaschine einzublasen.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt einen Gasinjektor 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Gasinjektor 1 ist zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in einen Brennraum 10 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine eingerichtet. Der Gasinjektor 1 ist hierbei in einer Zylinderkopföffnung 12 eines Zylinderkopfs 11 der Brennkraftmaschine angeordnet.
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Der Gasinjektor 1 erstreckt sich entlang einer Längsachse 15. An einem brennraumseitigen Ende des Gasinjektors 1 befindet sich eine Blasplatte 40 in welcher eine Einblasöffnung 4 ausgebildet ist. Die Einblasöffnung 4 ist in Form eines Ringspalts ausgebildet, welcher sich in axialer Richtung durch die gesamte Blasplatte 40 erstreckt. In der Blasplatte 40 sind insbesondere Stege vorgesehen, welche den Ringspalt in Umfangsrichtung unterbrechen, um einen mittleren Teil der Blasplatte 40 zu halten.
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Die Einblasöffnung 4 kann an einem Ventilsitz 5 durch ein Ventilschließelement 3 freigegeben oder verschlossen werden. Das Ventilschließelement 3 ist scheibenförmig ausgebildet. Zum Verschließen der Einblasöffnung 4 kann das Ventilschließelement 3 an eine Oberseite der Blasplatte 40 angelegt werden. Aufgrund der Ringspaltform der Einblasöffnung 4 weist der Ventilsitz 5 hierbei zwei Sitzstellen 5a, 5b auf, welche radial innerhalb bzw. radial außerhalb der Einblasöffnung 4 angeordnet sind. Um ein besonders gutes Abdichten zu ermöglichen, umfasst das Ventilschließelement 3 ein Elastomer 31 an einer zur Einblasöffnung 4 gewandten Seite, welches zum Verschließen der Einblasöffnung 4 vorgesehen ist.
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In 1 befindet sich der Gasinjektor 1 in einem geschlossenen Zustand, wobei die Einblasöffnung 4 durch das Ventilschließelement 3 verschlossen ist. Zum Öffnen der Einblasöffnung 4 kann das Ventilschließelement 3 einen Hub entlang der Längsachse 15 und entgegen einer Durchströmungsrichtung A des Gasinjektors 1 ausführen. Hierfür ist das Ventilschließelement 3 mittels eines Magnetankers 6 betätigbar. Der Magnetanker 6 ist dabei über eine Ventilnadel 2 und ein Zwischenstück 9 mit dem Ventilschließelement 3 verbunden. Das Zwischenstück 9 verbindet hierbei das Ventilelement 3 und die Ventilnadel 2 miteinander, und die Ventilnadel 2 verbindet den Magnetanker 6 und das Zwischenstück 9 miteinander. Insbesondere sind diese Bauteile jeweils fest miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt.
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Der Gasinjektor 1 umfasst zudem eine Ventilhülse 7, innerhalb welcher die genannten Bauteile angeordnet sind. Die Ventilhülse 7 umfasst dabei einen ersten Hülsenteil 7a welcher die Ventilnadel 2 umgibt, und einen zweiten Hülsenteil 7b, innerhalb welchem das Ventilschließelement 3 angeordnet ist. Der erste Hülsenteil 7a ist teilweise innerhalb eines Gehäuses 17 angeordnet.
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Wie in der 1 zu erkennen, ist die Ventilnadel 2 innen hohl, insbesondere als Hohlzylinder, ausgebildet. Dabei ist die Ventilnadel 2 teilweise auf den Magnetanker 6 aufgeschoben, sodass eine Anker-Durchgangsöffnung 60 in einen inneren Hohlraum 25 der Ventilnadel 2 mündet.
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Ein Außendurchmesser 21 der Ventilnadel ist kleiner als ein Innendurchmesser 71 des ersten Hülsenteils 7a der Ventilhülse 7. Dadurch liegt ein Ringkanal 8 zwischen Ventilnadel 2 und Ventilhülse 7 vor.
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Ein Einblasen des gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum 10 erfolgt dadurch, dass der Kraftstoff durch die Anker-Durchgangsöffnung 60 und innerhalb der Ventilhülse im Wesentlichen entlang der Durchströmungsrichtung A zur Einblasöffnung 4 strömt und durch die Einblasöffnung 4 in den Brennraum 10 eingeblasen wird.
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Die Anker-Durchgangsöffnung 60 weitet sich konisch in Richtung der Durchströmungsrichtung A, also in die Richtung der Ventilnadel 2, auf. Die Anker-Durchgangsöffnung 60 wirkt somit als Diffusor. Wenn der gasförmige Kraftstoff die Anker-Durchgangsöffnung 60 durchströmt, wird die Strömung durch die Aufweitung verzögert. Das heißt, eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung nimmt beim Durchströmen der Anker-Durchgangsöffnung 60 ab. Ein Öffnungswinkel 61 der Anker-Durchgangsöffnung 60 beträgt dabei 8°, was insbesondere einem maximalen Winkel entspricht, bei welchem eine Strömungsablösung gerade noch vermieden wird. Die Ausgestaltung der Anker-Durchgangsöffnung 60 erfolgt idealerweise so, dass diese einen maximalen Winkel aufweist, unter der Voraussetzung, dass eine Strömungsablösung verhindert wird. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass eine axiale Länge des Magnetankers 6 möglichst gering gehalten wird, sodass Wandreibungsverluste innerhalb des Magnetankers 6 minimiert werden.
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Stromab des Magnetankers 6 strömt der gasförmige Kraftstoff in den Hohlraum 25 der Ventilnadel 2 ein. Von dort strömt ein Teil des Kraftstoffs durch mehrere Queröffnungen 22, welche die Wand der Ventilnadel 2 durchdringen, hindurch und in den Ringkanal 8 ein.
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Die Querbohrungen 22 sind gleichmäßig in Umfangsrichtung sowie entlang der Längsachse 15 über die Ventilnadel 2 verteilt. Eine Gesamt-Querschnittsfläche aller Queröffnungen 22 beträgt mindestens 60 % einer Mantelfläche der Ventilnadel 2, um unter Sicherstellung einer mechanischen Stabilität der Ventilnadel 2, eine möglichst große Fläche, durch welche die Gasströmung ausströmen kann, zu gewährleisten.
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Ein Teil des gasförmigen Kraftstoffs kann somit im Ringkanal 8 in Durchströmungsrichtung A außerhalb der Ventilnadel 2 in den zweiten Hülsenteil 7b der Ventilhülse strömen. Weiterhin strömt ein Teil des Kraftstoffs im Hohlraum 25 der Ventilnadel in axialer Richtung bis an das axiale Ende der Ventilnadel 2, wo das Zwischenstück 9 angeordnet ist.
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Das Zwischenstück 9 weist dabei eine zentrische Axialbohrung 91 auf, welche als Sacklochbohrung ausgebildet ist. Ausgehend von der Axialbohrung 91 erstrecken sich mehrere gleichmäßig um den Umfang des Zwischenstücks 9 verteilte Radialbohrungen 92 radial nach außen, um die Axialbohrung 91 mit dem Ringkanal 8 zu verbinden. Somit bilden die Axialbohrung 91 und die Radialbohrungen 92 mehrere Zwischenstück-Durchgangsöffnungen 90, welche einen Fluiddurchtritt durch das Zwischenstück 9 erlauben. Dadurch kann ein Aufstauen der Gasströmung im inneren Hohlraum 25 der Ventilnadel 2 vermieden werden, wodurch ein besonders gleichmäßig verteiltes Ausströmen des Kraftstoffs aus den Queröffnungen 22 erreicht wird.
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Am stromabseitigen Ende des Ringkanals 8 kann der gasförmige Kraftstoff durch zwei Ventilschließelement-Durchgangsöffnungen 32 durch das Ventilschließelement 3 hindurchströmen. Die beiden Ventilschließelement-Durchgangsöffnungen 32 sind als konzentrische Ringspalte ausgebildet mit einem größeren bzw. kleineren Durchmesser als die Einblasöffnung 4.
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Der Gasinjektor 1 bietet somit eine besonders strömungsgünstige Konstruktion, welche bei geringem äußeren Bauraumbedarf eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung im Inneren bewirkt. Dabei sind die Wandflächen, an welchen der gasförmige Kraftstoff im Inneren des Gasinjektors entlangströmt, minimiert. Dadurch werden Druckverluste beim Durchströmen des Gasinjektors 1 minimiert, wodurch bei kleiner Baugröße des Gasinjektors 1 ein besonders hoher Durchfluss erzielt werden kann.
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Die 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Gasinjektor 1 des zweiten Ausführungsbeispiels weist alternative Ausgestaltungen der Ventilnadel 2, des Zwischenstücks 9 und des Ventilschließelements 3 auf, wie nachfolgend beschrieben.
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Im Gasinjektor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht der Außendurchmesser 21 der Ventilnadel 2 dem Innendurchmesser 70 des ersten Teils 7a der Ventilhülse 7, wobei die Ventilnadel 2 keine Queröffnungen aufweist. Eine Außenseite 20 der Ventilnadel 2 liegt somit an einer Innenseite 70 der Ventilhülse 7 an. Dadurch weist der Gasinjektor 1 keinen Ringspalt zwischen Ventilnadel 2 und Ventilhülse 7 auf. Somit durchströmt der gesamte in den Brennraum 10 einzublasende gasförmige Kraftstoff die Ventilnadel 2 sowie das Zwischenstück 9.
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Das Zwischenstück 9 weist einen hohlzylindrischen Bereich 9a auf, welcher teilweise in die Ventilnadel 2 eingeschoben ist. Das Zwischenstück 9 weist zudem einen konischen Bereich 9b auf, welcher in Durchströmungsrichtung A an den hohlzylindrischen Bereich 9a angrenzt. Im konischen Bereich 9b sind mehrere Zwischenstück-Durchgangsöffnungen 90 angeordnet, welche gleichmäßig über den Umfang des konischen Bereichs 9b verteilt sind.
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Das Ventilschließelement 3 weist im zweiten Ausführungsbeispiel nur eine einzige Ventilschließelement-Durchgangsöffnung 32 auf, welche einen kleineren Durchmesser als die Einblasöffnung 4 aufweist. Zudem weist das Ventilschließelement 3 einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner als ein Innendurchmesser des zweiten Teils 7b der Ventilhülse 7 ist. Dadurch liegt ein Ventilschließelement-Ringkanal radial außerhalb des Ventilschließelement 3 vor, durch welchen der gasförmige Kraftstoff das Ventilschließelement 3 umströmen und zur Einblasöffnung 4 hinströmen kann.
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Ein Winkel 95 zwischen einer Bohrungsachse 97 der Zwischenstück-Durchgangsöffnungen 90 und der Längsachse 15 beträgt dabei vorzugsweise 45°. Ein Öffnungswinkel des konischen Bereichs 9b des Zwischenstücks 9 beträgt hierbei insbesondere 90°. Dadurch sind die Zwischenstück-Durchgangsöffnungen 90 so ausgerichtet, dass die durchtretende Gasströmung mittig auf das Ventilschließelement 3 gerichtet ist, sodass die Gasströmung gleichmäßig auf die beiden Sitzstellen 5a, 5b des Ventilsitzes 5 aufgeteilt wird, ohne dass unnötige Strömungsumlenkungen auf dem Weg zum Ventilsitz 5 auftreten.
